基于變頻器的集熱管自動(dòng)熱塑包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅 隆

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510430)

基于變頻器的集熱管自動(dòng)熱塑包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅 隆

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510430)

設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能集熱管自動(dòng)熱塑包裝生產(chǎn)線，出于傳動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和傳送過程的無(wú)縫連接性以及系統(tǒng)便于維護(hù)和控制等方面考慮，采用SEW MOVITRAC 07系列變頻器和DT90S8系列變頻電機(jī)組成系統(tǒng)傳動(dòng)部分，變頻器采用SBus總線互聯(lián)通信，通過Profibus UFP11A實(shí)現(xiàn)SBus與西門子S-300 PLC的互聯(lián)。S-300 PLC通過讀寫MOVITRAC 07的狀態(tài)字和控制字，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)速度的調(diào)整和設(shè)置，并通過觸摸屏實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制及顯示傳送帶的啟停、運(yùn)行速度、轉(zhuǎn)矩以及故障等情況。該系統(tǒng)的應(yīng)用減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

集熱管；熱塑包裝；MOVITRAC 07；SBus；S-300 PLC

0 引言

太陽(yáng)能集熱管生產(chǎn)線的包裝工序大多采用人工方式，一方面生產(chǎn)節(jié)奏快，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，另一方面在包裝和運(yùn)輸過程中可能發(fā)生意外爆炸，導(dǎo)致員工意外受傷。為此，設(shè)計(jì)了基于變頻器傳動(dòng)和PLC及觸摸屏控制的集熱管自動(dòng)熱塑包裝生產(chǎn)線。

1 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)由來料傳動(dòng)部分、集熱管匯流部分、機(jī)械手部分、托盤部分、1#～3#熱塑機(jī)部分、頂升傳動(dòng)部分、橫向傳送部分組成，如圖1所示。

從生產(chǎn)線上傳送過來后，管口已平切的集熱管經(jīng)過一個(gè)一定弧度的斜坡，在重力的作用下匯流到匯流區(qū)。在匯流區(qū)，吸盤機(jī)械手將一定數(shù)量的管子吸取并放置到托盤上，一個(gè)托盤放置2層管子。在托盤裝滿管子后，傳送帶將之送至3#熱塑機(jī)前，熱塑機(jī)由兩側(cè)向中間運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)上熱塑膜，并進(jìn)行電熱塑處理。熱塑成型后，2個(gè)熱塑箱向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)裝置帶動(dòng)托盤向前運(yùn)動(dòng)到頂升傳送帶處，頂升傳送帶檢測(cè)到托盤到后，頂升電機(jī)頂升、旋轉(zhuǎn)、下降，將托盤送向橫向傳送臺(tái)，由橫向傳送臺(tái)將集熱管送至卸載位，由工人裝卸。

2 系統(tǒng)傳動(dòng)部分的控制原理和硬件結(jié)構(gòu)

為了提高熱塑效率，在一條生產(chǎn)線上采用了3臺(tái)熱塑機(jī)，因此相應(yīng)的傳動(dòng)裝置也采用了分段結(jié)構(gòu)。全自動(dòng)熱塑系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 全自動(dòng)熱塑系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

傳送帶分為6個(gè)部分，第1、5、6段傳送帶在首尾位置各安裝一個(gè)光電傳感器，分別作為托盤到傳感器和托盤離開傳感器；第2、3、4段傳送帶除了首尾的傳感器外，還在熱塑位置放置了傳感器，作為集熱管的熱塑標(biāo)志位，在此位置，熱塑機(jī)開始動(dòng)作，并且設(shè)置熱塑標(biāo)志，表示該工位正在處理，處理完后取消熱塑標(biāo)志位。熱塑完成后將托盤送往相應(yīng)熱塑機(jī)對(duì)應(yīng)的傳送帶尾端，在傳感器感應(yīng)到后停止，等待下一段傳送帶的空閑，本段傳送帶和下段傳送帶一起將托盤送往下段傳送帶。如果生產(chǎn)速度過快，3#熱塑機(jī)正在熱塑或者前段傳送帶正忙，本段傳送帶有托盤停留，則后續(xù)的托盤依次傳往2#和1#熱塑機(jī)位進(jìn)行熱塑處理；當(dāng)頂升傳送帶上沒有托盤并且第4段傳送帶上有托盤停放，或者第4段傳送帶空而第2或第3段傳送帶上有托盤時(shí)，第2、3、4、5段傳送帶聯(lián)動(dòng)，將托盤送至第5段頂升傳送帶上；當(dāng)?shù)?段傳送帶有托盤，并且完成頂升、旋轉(zhuǎn)、下降動(dòng)作時(shí)，在第6段傳送帶卸載托盤完畢后，頂升傳送帶和第6段傳送帶一起將托盤傳送到第6段傳送帶的卸載位。

該傳動(dòng)裝置控制系統(tǒng)采用了SEW的MC07A005-5A3-4-00變頻驅(qū)動(dòng)控制器和SEW三相變頻電機(jī)DT90S8(0.37 kW、400 V)。系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)顯示及采集采用通信方式，將MOVITRAC 07變頻器通過SBus總線進(jìn)行連接組網(wǎng)，由于西門子采用Profibus總線，為了兼容這2種總線，采用Profibus UFP11A轉(zhuǎn)換器將MOVITRAC 07變頻器網(wǎng)絡(luò)與S-300 PLC連接，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

3 MOVITRAC 07的初始化設(shè)置

通過SEW的MOVITOOL軟件，對(duì)1#～8#號(hào)電機(jī)的變頻控制器進(jìn)行統(tǒng)一的初始化設(shè)置，在Unit Function中的serials communications中，將813 SBus地址參數(shù)的SBus地址分別設(shè)置為1～8，將P815參數(shù)設(shè)置為20 s，將P816通信參數(shù)設(shè)置為2/500 kB。由于MOVITRAC 07和PLC的通信采用通道形式，因此對(duì)P870～P876進(jìn)行通信設(shè)置。在P87參數(shù)中對(duì)控制字和狀態(tài)字進(jìn)行定義，如圖4所示，將PO1設(shè)置為占用2個(gè)字節(jié)的控制字1，將PO2設(shè)置為設(shè)定速度SPEED，將PO3設(shè)置為NO FUCTION，將PI1設(shè)置為電機(jī)狀態(tài)字STATUS WORD1，將PI2設(shè)置為反饋速度SPEED，將PI3設(shè)置為輸出的電流大小OUTP.CURRENT，876參數(shù)一定要設(shè)置為ON，啟用PO通道。

圖4 MOVITRAC 07和PLC通信通道的初始化設(shè)置

4 PLC軟件編程

4.1 系統(tǒng)的組態(tài)

安裝SEW的Gateway DFP/DFS GSD文件，并且為每個(gè)控制器各分配一個(gè)輸入和輸出通道，3個(gè)PI通道和3個(gè)PO通道共用這3個(gè)通道，如圖5所示，每個(gè)PO和PI通道都在P870～P876中進(jìn)行了定義。

圖5 硬件組態(tài)

4.2 PLC程序的編寫

在PLC程序中采用SCF14和SCF15分別讀寫控制字和狀態(tài)字，其順序是先初始化各個(gè)電機(jī)控制器，然后依次讀取8個(gè)變頻器的狀態(tài)字，根據(jù)狀態(tài)字判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，然后再依次根據(jù)上位機(jī)，利用控制字將設(shè)置的速度和外部按鈕的啟停情況寫入控制器。為了方便期間，以下只列出1#控制器狀態(tài)字和控制字的讀寫程序：

CALL SFC14//讀取連續(xù)的DP站內(nèi)數(shù)據(jù)

LADDR:=W#16#100//1#變頻器的PIW地址為256～261

RET_VAL:=MW1//返回?cái)?shù)值，0=OK

RECORD:=P#DB10.DBX0.0 BYTE6//數(shù)值寫入由DB10開始的6個(gè)字節(jié)

UNE 0.1//快速停止

SPBstop//跳轉(zhuǎn)到stop處理

LW#16#6

SPBgo

stop:LW#16#0//控制字，電機(jī)快速停止

go:TDB10.DBW50//將控制字寫入DB10的DBW50中

L5000//初始速度設(shè)置

TDB10.DBW52//將轉(zhuǎn)速寫入DB10的DBW52中

CALLSFC15//調(diào)用連續(xù)寫模塊

LADDR:=W#16#100//PIW 256～261

RECORD:=P#DB10.DBX50.0BYTE6//PO區(qū)的起始地址

RET_VAL:=MW2//返回?cái)?shù)值，0=OK

其他依此類推，上位機(jī)采用觸摸屏，通過MPI方式和PLC通信，通過對(duì)應(yīng)的MW區(qū)間和DB區(qū)間的映射來讀取和設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速并進(jìn)行啟停控制。

5 結(jié)語(yǔ)

本機(jī)器在南方某公司應(yīng)用近2個(gè)月，性能穩(wěn)定、故障率低，取得了顯著的效果，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人負(fù)擔(dān)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

[1]SEW—傳動(dòng)設(shè)備(廣州)有限公司.變頻調(diào)速器MOVITRAC 07系統(tǒng)手冊(cè)[K]，2002

[2]鮑燕偉.變頻器的故障診斷與維護(hù)技術(shù)[J].機(jī)床電器，1999(6)

[3]趙洪恕，王忠石，簡(jiǎn)維新.PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用[J].基礎(chǔ)自動(dòng)化，2000，7(1)

項(xiàng)目名稱：廣州市“節(jié)能減排(水處理)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用研究創(chuàng)新學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)”，項(xiàng)目編號(hào)穗教科2009[11]號(hào)

2014-03-07

羅隆(1976—)，男，湖南隆回人，碩士研究生，講師，研究方向：智能控制、控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成。